专利名称：一种叶轮装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风机组成部件，具体涉及一种通风机的叶轮装置。
背景技术：
目前工厂、库房以及建筑物的通风换气系统以及其他工业用的送风和引风系统所使用的风机叶轮，大多是采用传统的设计方法设计的，效率低，噪声大，耗材高，对能源浪费较大，不利于节能减排。另外，目前弯掠叶片技术在航空用发动机以及高压比的轴流压缩机上，开始被广泛使用，经过试验证实，这种技术具有降低噪声，提高叶轮机械性能的特点。将这一技术用于工业与民用风机，来开发一种新型的高效低噪通用风机叶轮，具有非常大应用价值。所以，结合以上背景因素，开发一种结构简单，适应工况范围广，耗材低，并且高效低噪的叶轮，符合国家节能减排的大方向。本发明采用空间直角坐标系，O为原点，X轴为水平向右，Z轴为垂直向上，Y轴为垂直纸面向外，空间曲线在ZOX平面的投影为周向投影，空间曲线在ZOY平面的投影为轴向投影。
发明内容
本发明提供一种叶轮装置，解决现有通风机的叶轮装置效率低，噪声大，耗材多的问题。本发明所提供的一种叶轮装置，包括轮毂和在轮毂上均匀分布的多个叶片，所述轮毂由前轮毂盘和后轮毂盘组成，其特征在于:所述叶片由一体的叶柄和叶片体构成，所述叶柄为具有凸缘的圆柱体；所述叶片体的翼型采用C4翼型，叶片体的重心积叠线为空间三维曲线，其周向投影为圆弧，圆弧半径与叶轮半径之比为1.38 1.5，圆弧弯向为前掠，前掠角为15° 20° ;所述重心积叠线的轴向投影由前弯大圆弧与后弯小圆弧相切构成，相切点在叶高0.9 0.95处，前弯大圆弧半径与叶轮半径之比为1.90 1.95，前弯大圆弧前弯角为
8。 10°，后弯小圆弧半径与叶轮半径之比为0.08 0.12;所述前轮毂盘外形为圆盘，沿其外圆周具有均匀分布的叶柄前槽，圆盘表面接近外圆周具有均匀分布的螺栓沉孔，圆盘中心具有凸起的连接，连接轴具有轴向中心通孔用于同电机相连接；所述后轮毂盘外形亦为圆盘，沿其外圆周具有与所述叶柄前槽位置对应的叶柄后槽，圆盘表面接近外圆周具有与所述螺栓沉孔位置对应的螺母沉孔，圆盘中心具有同所述连接轴相配合的轴孔；所述前轮毂盘和后轮毂盘通过螺栓件连接，各叶柄前槽与相应的叶柄后槽形成叶柄槽，将叶片的叶柄限制在其内。所述的叶轮装置，其特征在于:
所述圆弧半径与叶轮半径之比为1.45 1.48，圆弧弯向为前掠，前掠角为15° 18。；所述前弯大圆弧与后弯小圆弧相切点在叶高0.91 0.93处，前弯大圆弧半径与叶轮半径之比为1.92 1.94，前弯大圆弧前弯角为9° 10°，后弯小圆弧半径与叶轮半径之比为0.09 0.11。本发明的加工成型方法可以包括下述步骤:(I)使用三维软件，按照叶片设计图纸，根据翼型和重心积叠线进行叶片体生成，装配好叶柄，形成叶片的三维模型；(2)使用三维软件，按照前后轮毂盘的设计图纸，绘制前后轮毂盘的三维模型；(3)选择铜块或者其他金属材料作为加工材料，将叶片三维模型和前后轮毂盘的三维模型输入数控车床中，生成实体叶片、前轮毂盘、后轮毂盘；(4)以步骤(3)中生成的实体叶片、前轮毂盘、后轮毂盘为模型开模，制作叶片、前轮毂盘、后轮毂盘的模具；(5)使用铝合金浇铸叶片、前轮毂盘、后轮毂盘模具，实现批量生产。本发明的装配过程`如下:(I)将叶片的叶柄--楔入前轮毂盘的叶柄前槽中；(2)将后轮毂盘与前轮毂盘对应重合,后轮毂盘的叶柄后槽对应前轮毂盘的叶柄前槽，后轮毂盘的轴孔对应前轮毂盘的轴；(3)将螺栓和螺母放入对应的螺栓沉孔和螺母沉孔中，拧紧螺栓固定叶轮叶片。装配好的叶轮，可以通过如下步骤调整叶片安装角:(I)根据工况的需要，计算叶片的安装角；(2)放松轮毂上的螺栓、螺母；使得前、后轮毂盘对叶片叶柄的压紧力减小；(3)松动叶片，转动叶片，直到达到步骤(I)计算的叶片安装角为止；(4)拧紧轮毂上的螺栓、螺母；使得前、后轮毂盘对叶片叶柄的压紧力增大，固定叶片。本发明的叶片为机翼型弯掠叶片，极大的提高了风机的气动性能和噪声性能；轮毂外轮廓采用球形切割方法，轮毂内部可以镂空，降低了材料损耗且便于成型。整个叶轮装置结构简单，便于生产，安装简便，可根据工况调整叶片安装角大小，风量大，风压高，并且效率高，噪声低，可广泛使用于各种厂房、库房以及建筑物的通风换气系统以及其他工业用的送风和引风系统。
图1是本发明的主视图；图2是本发明的侧视图；图3是叶片的斜轴测视图；图4(A)是叶片生成积叠线周向面投影意图；图4(B)是叶片生成积叠线轴向面投影意图；图5(A)是前轮毂盘的主视图；图5(B)是前轮毂盘的侧面剖视图6⑷是后轮毂盘的主视图；图6(B)是后轮毂盘的侧面剖视图；图7是本发明叶轮装置安装在风机内运行工况下的示意图；图8是本发明实施例2安装在风机内实验性能曲线图；图9是本发明实施例3安装在风机内实验性能曲线图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明进一步说明。如图1和图2所示，本发明包括轮毂和在轮毂上均匀分布的多个叶片1，所述轮毂由前轮毂盘2和后轮毂盘3组成。如图3所示，所述叶片I由一体的叶柄10和叶片体11构成，所述叶柄10为具有凸缘的圆柱体；如图4(A)、图4(B)所示，取空间平面XOZ平面，定义为叶轮旋转方向所在的平面(周向面)，其中OZ方向为叶高方向，OX方向为旋转方向；取空间平面YOZ平面，定义为气流方向所在的平面(轴向面)，其中OZ方向为叶高方向，OY方向为气流方向。所述叶片体11的翼型ll-ι采用C4翼型，叶片体11的重心积叠线为空间三维曲线，其周向投影为圆弧11-2，圆弧11-2半径与叶轮半径之比为1.38 1.5，圆弧11_2弯向为前掠，前掠角为
15。 20° ;所述重心积叠线的轴向投影由前弯大圆弧11-3与后弯小圆弧11-4相切构成，相切点在叶高0.92(0.9 0.95)处，前弯大圆弧11-3半径与叶轮半径之比为1.90 1.95，前弯大圆弧前弯角为8° 12°，后弯小圆弧11-4半径与叶轮半径之比为0.08 0.12;生成叶片体时，翼型沿着图4(A)和图4(B)合成的空间三维积叠线积叠，积叠中心在翼型弦长0.4处。翼型弯度以及翼型弦长根据参考书《通风机》李庆宜，机械工业出版社，1981ISBN7111003470, P144-172 的设计方法设计。如图5 (A)、图5 (B)所示，所述前轮毂盘2外形为圆盘，沿其外圆周具有均匀分布的叶柄前槽6，圆盘表面接近外圆周具有均匀分布的螺栓沉孔8，圆盘中心具有凸起的连接轴4，连接轴4具有轴向中心通孔用于同电机相连接；如图6 (A)、图6 (B)所示，所述后轮毂盘3外形亦为圆盘，沿其外圆周具有与所述叶柄前槽6位置对应的叶柄后槽7，圆盘表面接近外圆周具有与所述螺栓沉孔8位置对应的螺母沉孔9，圆盘中心具有同所述连接轴4相配合的轴孔5 ；所述前轮毂盘2和后轮毂盘3通过螺栓件连接,各叶柄前槽6与相应的叶柄后槽7形成叶柄槽，将叶片I的叶柄10限制在其内。叶轮装置包括多个弯掠叶片1、一个球形前轮毂盘2、一个球形后轮毂盘3和若干连接螺栓和螺母组成，连接螺栓和螺母通过螺栓沉孔8和螺母沉孔9相连接。球形前轮毂盘2和球形后轮毂盘3通过前轮毂盘轴4与后轮毂盘孔5配合,合在一起成为叶轮轮毂。叶片I的叶柄10与前轮毂盘2的叶柄前槽6、后轮毂盘3的叶柄后槽7相契合，并通过螺栓沉孔8和螺母沉孔9之间的螺栓件连接，压紧前后轮毂盘2，3固定。实施例1:叶轮直径为700mm，轮毂比为0.3，如图4 (B)所示，叶高为243mm，在周向面上积叠线采用半径为512mm(与叶轮外径比为1.46)的圆弧，前弯15°角；在周向面，从叶根到0.92叶高(223mm)处，采用半径为675mm(与叶轮外径比为1.93)的圆弧，前掠10°角，从0.92叶高(223mm)到叶顶处，采用半径为35mm(与叶轮外径比为0.1)的后掠圆弧。实施例2:叶轮直径为500mm，轮毂比为0.3，叶高为175mm，在周向面上积叠线采用半径为345mm(与叶轮外径比为1.38)的圆弧，前弯18°角；在周向面，从叶根到0.9叶高(158mm)处，采用半径为475mm(与叶轮外径比为1.9)的圆弧，前掠12°角，从0.9叶高(158mm)到叶顶处，采用半径为30mm(与叶轮外径比为0.12)的后掠圆弧。实施例3:叶轮直径为910mm，轮毂比为0.27，叶高为664mm，在周向面上积叠线采用半径为682mm(与叶轮外径比为1.5)的圆弧，前弯20。角；在周向面，从叶根到0.95叶高(630mm)处，采用半径为887mm(与叶轮外径比为1.95)的圆弧，前掠10°角，从0.95叶高(630mm)到叶顶处，采用半径为36.5mm(与叶轮外径比为0.08)的后掠圆弧。实施例4:叶轮直径为600mm，轮毂比为0.3，叶高为210mm，在周向面上积叠线采用半径为435mm(与叶轮外径比为1.45)的圆弧，前弯18。角；在周向面，从叶根到0.91叶高(191mm)处，采用半径为582mm(与叶轮外径比为1.94)的圆弧，前掠10°角，从0.91叶高(191mm)到叶顶处，采用半径为33mm(与叶轮外径比为0.11)的后掠圆弧。实施例5:叶轮直径为630mm，轮毂比为0.32，叶高为215mm，在周向面上积叠线采用半径为466mm(与叶轮外径比为1.48)的圆弧，前弯15。角；在周向面，从叶根到0.93叶高(200mm)处，采用半径为605mm(与叶轮外径比为1.92)的圆弧，前掠9°角，从0.93叶高(200mm)到叶顶处，采用半径为28.35mm(与叶轮外径比为0.09)的后掠圆弧。本发明的安装和运行如图7所示，电机17由电机支架19支撑固定于风机壳15内，本发明叶轮装置16通过电机轴18与电机17相连接。运行时，电机17接电源运行，通过电机轴18带动叶轮装置16旋转作功。根据工况不同，叶轮16叶片可调节安装角角度，以适应工况需求。图8为使用实施例2的一款风机的实验性能曲线图。图9为使用实施例3的一款风机的实验性能曲线图。图8、图9中，LA为噪声级，单位为db ;P为压力，单位为Pa，Pt表示全压，Ps表示静压；N表不风机功率，单似为kw ; η r为效率，单似为％。从图8、图9可以看出，两风机的效率都远远超过了国家同等标准的效率指标，噪声也比同等风机降低3-6个dB。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种叶轮装置，包括轮毂和在轮毂上均匀分布的多个叶片(I)，所述轮毂由前轮毂盘(2)和后轮毂盘(3)组成，其特征在于: 所述叶片(I)由一体的叶柄(10)和叶片体(11)构成，所述叶柄(10)为具有凸缘的圆柱体；所述叶片体(11)的翼型(11-1)采用C4翼型，叶片体(11)的重心积叠线为空间三维曲线，其周向投影为圆弧(11-2)，圆弧(11-2)半径与叶轮半径之比为1.38 1.5，圆弧(11-2)弯向为前掠，前掠角为15° 20° ; 所述重心积叠线的轴向投影由前弯大圆弧(11-3)与后弯小圆弧(11-4)相切构成，相切点在叶高0.9 0.95处，前弯大圆弧(11-3)半径与叶轮半径之比为1.90 1.95，前弯大圆弧(11-3)前弯角为8° 10°，后弯小圆弧(11-4)半径与叶轮半径之比为0.08 0.12 ； 所述前轮毂盘(2)外形为圆盘，沿其外圆周具有均匀分布的叶柄前槽￠)，圆盘表面接近外圆周具有均匀分布的螺栓沉孔(8)，圆盘中心具有凸起的连接轴(4)，连接轴(4)具有轴向中心通孔，用于同电机相连接； 所述后轮毂盘(3)外形亦为圆盘，沿其外圆周具有与所述叶柄前槽(6)位置对应的叶柄后槽(7)，圆盘表面接近外圆周具有与所述螺栓沉孔(8)位置对应的螺母沉孔(9)，圆盘中心具有同所述连接轴(4)相配合的轴孔(5)； 所述前轮毂盘(2)和后轮毂盘(3)通过螺栓件连接，各叶柄前槽(6)与相应的叶柄后槽(7)形成叶柄槽，将叶片⑴的叶柄(10)限制在其内。
2.如权利要求1所述的叶轮装置，其特征在于: 所述圆弧(11-2)半径与叶轮半径之比为1.45 1.48，圆弧(11_2)弯向为前掠，前掠角为15° 18° ; 所述前弯大圆弧(11-3)与后弯小圆弧(11-4)相切点在叶高0.91 0.93处，前弯大圆弧(11-3)半径与叶轮半径之比为1.92 1.94，前弯大圆弧(11_3)前弯角为8。 10°，后弯小圆弧(11-4)半径与叶轮半径之比为0.09 0.11。
全文摘要
一种叶轮装置，属于风机组成部件，解决现有通风机的叶轮装置效率低，噪声大，耗材多的问题。本发明包括轮毂和在轮毂上均匀分布的多个叶片，轮毂由前、后轮毂盘组成，叶片由一体的叶柄和叶片体构成，叶片体的翼型采用C4翼型，叶片体的重心积叠线为空间三维曲线；沿前轮毂盘外圆周具有均匀分布的叶柄前槽，沿后轮毂盘外圆周具有与所述叶柄前槽位置对应的叶柄后槽，前后轮毂盘通过螺栓件连接，将叶片的叶柄限制在其内。本发明结构简单，便于生产，安装简便，可根据工况调整叶片安装角大小，风量大，风压高，并且效率高，噪声低，可广泛使用于各种厂房、库房以及建筑物的通风换气系统以及其他工业用的送风和引风系统。
文档编号F04D29/38GK103115021SQ201310040990
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者王军, 李业, 蔡涛, 王渴 申请人:华中科技大学